Трейман Є.О., к.т.н., доцент, Ужегова О.А., к.т.н., доцент

Луцький державний технічний університет

ГЛИБИННИЙ ДВОЧАСОТНИЙ ВІБРАТОР ДЛЯ

УЩІЛЬНЕННЯ ЖОРСТКИХ БЕТОННИХ СУМІШЕЙ

При виготовленні бетонних виробів з жорстких та малорухомих сумішей широко використовується глибинне віброущільнення, що характеризується великою ефективністю при порівняно малих затратах енергії [1]. Такий спосіб ущільнення добре піддається механізації і може застосовуватися в широкому діапазоні виробничих та конструктивних факторів.

У даній розробці подається двочастотний глибинний вібратор, розроблений в Луцькому державному технічному університеті. Запропонований вібратор призначений для ущільнення бетонних сумішей високої жорсткості.

Конструктивною особливістю вібратора є збудження в процесі роботи віброімпульсів як в поздовжньому (вздовж поздовжньої геометричної осі вібратора), так і в поперечному напрямках. Частоти поздовжніх і поперечних коливань робочих елементів вібратора різні, тому цей вібратор можна віднести до двочастотних.

Конструктивна схема двочастотного глибинного вібратора наведена на рис. 1, з якого видно, що двочастотний глибинний вібратор має корпус 1, всередині якого розташовано віброштовхач 2, виконаний у вигляді прямолінійного стержня. Віброштовхач 2 встановлений з можливістю ковзання вздовж направляючої 3. Він приводиться в рух через віброзбудник 4 поздовжніх гармонійних коливань. На віброштовхачі шарнірно закріплені поворотні стержні 5, з’єднані з двома протилежно розташованими коробами 6. Поворотні стержні мають однакову довжину. З кожним коробом з’єднані по два поворотні стержні. Короби 6 призначені для здійснення коливань у напрямку, перпендикулярному до поздовжньої осі вібратора (поперечних коливань). Короби утримуються від поздовжніх переміщень відносно корпусу утримуючими стержньовими обмежувачами 7.

Рис. 1. Конструктивна схема глибинного двочастотного вібратора

Двочастотний глибинний вібратор працює наступним чином. Від віброзбудника 4 приводиться в рух віброштовхач 2, який здійснює гармонійні коливання вздовж поздовжньої осі ОХ вібратора в направляючій 3.

На рис. 1 подано фрагмент вібратора, що дає змогу проаналізувати взаємозв’язок між коливальними рухами вібратора в поздовжньому і поперечному напрямках. Віброштовхач 2, переміщуючись вздовж осі ОХ (будемо вважати, що початок руху віброштовхача відповідає положенню АВ поворотного стержня 5), пересуває шарнір В поворотного стержня 5. В результаті цього кут між поворотним стержнем 5 і віброштовхачем 2, рівний a на початку руху віброштовхача, збільшується, досягаючи 90⁰.

В цьому положенні поворотного стержня ( на рис. 1) короб 6 відтискається в напрямку осі ОУ на величину а, що дорівнює амплітуді поперечних коливань вібратора. При подальшому русі віброштовхача 2 поворотний стержень 5 нахиляється до осі ОХ, займаючи в момент зупинки віброштовхача положення , симетричне відносно АВ. Короб 6 до цього моменту переміститься в початкове положення. Після цього віброштовхач рухається у зворотному напрямку, переміщуючись на відстань 2R, і цикл руху коробів повторюється. За одне коливання віброштовхача вздовж осі ОХ кожен короб здійснює 2 коливання вздовж осі ОУ.

Поздовжні коливання вібратора утворюються внаслідок зворотно направлених рухів корпусу 1 спільно з направляючою 3 і з коробами 6 відносно руху віброштовхача 2.

Істотну роль у роботі вібратора відіграють утримуючі стержньові обмежувачі 7, що зв’язують рух коробів таким чином, щоб виключити їх довільні поздовжні переміщення відносно корпусу 1.

Відомо, що в практичних умовах амплітуда коливань вібраторів не перевищує 3 мм. При такому незначному переміщенні коробів у поперечному напрямку можна вважати, що закріплений на коробі шарнір С (рис. 1) стержньового обмежувача рухається вздовж осі ОУ. Розрахунки показали, що навіть при мінімальній довжині стержньового обмежувача, що становить 60 мм, відхилення точки С вздовж осі ОХ на певному переміщенні її по осі ОУ в межах 3 мм не перевищує 0,02 мм, а, оскільки при поступальному русі тіла всі точки його рухаються по однакових траєкторіях, то приймаємо, що короби при поперечних коливаннях вібратора рухаються прямолінійно вздовж осі ОУ.

Технічні характеристики даного вібратора істотно залежать від співвідношення між амплітудами його поздовжніх і поперечних коливань. Покажемо, що підбором співвідношення між масами рухомих деталей вібратора можна досягти співпадання амплітуд вказаних коливань. Виконаємо розрахунок необхідного співвідношення між масами рухомих деталей для горизонтального положення вібратора.

Застосуємо теорему про рух центру мас механічної системи:

, (1)

де М – маса системи;

– прискорення центру мас системи;

– головний вектор зовнішніх сил, прикладених до системи.

Спроектуємо (1) на координатну вісь ОХ, отримаємо:

. (2)

При горизонтальному положенні вібратора , а оскільки до початку роботи вібратор був нерухомим, то початкова швидкість центру мас вібратора .

З формули (2) з урахуванням цих даних випливає:

. (3)

Використовуючи вираз (3), прирівнюємо суми добутків мас т_і деталей вібратора на координати їх центрів мас при двох крайніх положеннях віброштовхача, з яких одне відповідає початковому положенню при русі віброштовхача вздовж осі ОХ в додатному напрямку (координати центрів мас ланок в цьому положенні віброштовхача позначимо х_іп), а інше – його кінцевому положенню (координати центрів мас ланок, які відповідають цьому положенню віброштовхача позначимо х_ік):

. (4)

На певній ділянці віброштовхач 2 переміститься відносно корпусу 1 вібратора на відстань 2R, а корпус спільно з коробами 6 та утримуючими стержнями 7 переміститься у зворотному напрямку на розрахункову величину а.

Розділимо деталі вібратора на дві групи, в першу з них введемо ті деталі вібратора, які рухаються по осі ОХ спільно з віброштовхачем в однаковому напрямку, а до другої – ті деталі, які рухаються в протилежному напрямку відносно віброштовхача.

Тоді до першої групи деталей увійдуть віброштовхач масою т₁ та чотири поворотних стержні з масами т₂ кожен, а до другої групи увійдуть два утримуючі стержні з масами т₃ кожен, корпус з віброзбудником з масою т₄ і два короби з масами т₅ кожен.

Позначимо сукупну масу групи деталей, які рухаються по осі ОХ спільно з корпусом, величиною К. Тоді

К = 2т₃ + т₄ + 2т₅ = т₄ + 2(т₃ + т₅).

Запишемо вираз (4) у розгорнутому вигляді:

т₁х₁ + 4т₂х₂ + (2т₃ + т₄ + 2т₅)х₄ =

= т₁ (х₁ + 2R - а) + 4т₂(х₂ + R - а) + (2т₃ + т₄ + 2т₅ )(х₄ - а).

Після скорочень і групування складових отримаємо:

. (5)

Звідси видно, що К визначається з урахуванням конкретних значень мас т₁ і т₂, назначених наперед з конструктивних міркувань. Після цього за формулою (5) визначається величина К, з якої підбирається співвідношення мас т₃, т₄ і т₅ для того, щоб в сумі виконувалась величина К.

Даний вібратор має цілий ряд конструктивних особливостей, що відрізняють його від існуючих глибинних вібраторів, які використовуються на практиці. У цьому вібраторі відсутні співударні деталі, корпус його змінюється в процесі коливань коробів і потребує еластичної оболонки, а поперечні коливання орієнтовані в одній площині. Характерною особливістю вібратора є ще і те, що поперечний переріз його робочої частини може мати різноманітну форму: круглу, прямокутну, еліпсоподібну.

ЛІТЕРАТУРА

1. Стефанов Б.В., Русанова Н.Г., Волянский А.А. Технология бетонных и железобетонных изделий. К.: Вища школа, 1982.